Thông thường, liên kết N–N là tương tự so với độ dài của hydrazin (145 pm). Tuy nhiên, đinitơ trioxit có một mối liên kết N–N dài bất thường tới 186 pm. Một số oxit nitơ khác cũng có liên kết N–N dài, bao gồm đinitơ tetroxit (175 pm). Phân tử N2O3 mặt phẳng và biểu hiện đối xứng C. Các kích thước dưới đây được đo từ quang phổ vi sóng N2O3 khi nhiệt độ thấp:[2]

Nó là anhydride của axit nitrơ (HNO2) không bền, và tạo ra khi trộn với nước. Một cấu trúc thay thế có thể được dự đoán cho các anhydride thực sự, tức là O=N–O–N=O, nhưng đồng phân này không được quan sát thấy. Nếu axit nitrơ sau đó không được sử dụng ngay, nó phân hủy thành nitơ monoxit và axit nitric. Muối nitrit đôi khi được tạo ra bằng cách thêm N2O3 vào dung dịch các base: